5. Меры по повышению точности измерений

Измерители расхода.

На стендах проводятся испытания сопл, критическое сечение которых изменяется примерно в три раза. (Режимы бесфорсажные, форсажные, одиночные сопла, спаренные сопла и т. д.) При небольшом избытке давления в рессиверах (стенды Т-58, Т-ТР, СВВ-6) на традиционных измерителях расхода с помощью шайб или мерных сопл с фиксированной площадью критического сечения уменьшается ориентировочно в четыре раза приведенный расход в горле шайб и мерных сопл, а это неизбежно ведет к значительному уменьшению точности измерения (максимальная точность измерений наблюдается при звуковой скорости в горле). Поэтому для этих стендов были разработаны расходомеры с переменным горлом.

На рис.8 приведена схема такого измерителя. Горло расходомера изменялось перемещением груши в безлюфтовых подшипниках. Форма груши обеспечивала линейную зависимость площади горла от перемещения груши.

1. - minimum square section depending on bulb position

2. - bulb with longitudinal travel

3. - quiding

4. - motor

Рис. 8.

На рис. 9 приведена тарировочная зависимость эффективной площади горла расходомера F_ от оборотов направляющей гайки при различных площадях критического сечения калибровочных сопл F_*K, с которыми велись исследования расходомера.

Рис. 9.

Измерители тяги

Измерения реактивной тяги и внешнего сопротивления сопл на стендах производится, главным образом с помощью тензорезисторных весов. Первая проблема, которую пришлось решать при их разработке - это обеспечение стабильности нулей и коэффициентов при испытаниях в условиях неизбежных градиентов температур и разного рода силовых напряжений в весовых элементах под воздействием этих градиентов. Решалась эта проблема составлением правильных тензомостов, которые, во-первых, должны обеспечить разделение составляющих сил на самостоятельные составляющие, во-вторых, от этих основных составляющих должен поступать максимальный сигнал, а от побочных составляющих должен быть исчезающе малый сигнал, по которому определяются поправки второго порядка малости. В-третьих, должны быть нейтрализованы поправки на местные температуры, либо путём использования полных симметричных измерительных мостов, либо путём использования «мягких» мостов, сигналы от изгибов на порядок превосходили бы сигналы от градиентов температур. На рис. 10 приведена схема трехкомпонентных весов с «мягкими» мостами.

L

Рис. 10.

Продольная составляющая измеряется по сумме сигналов от датчиков X=Х₁+Х₂+Х₃+X₄. Поперечная  по сумме от датчиков Y=Y₁+Y₂+У₃+Y₄, момент от датчиков M_z =L(Y₁+Y₂Y₃Y₄). (Показано положение датчиков одного моста). Весовой элемент размещен в стакане с базой для датчиков 8 мм. Элемент находится в рабочем состоянии в течении ~ 30 лет.

base

model

Рис. 11

На рис. 11 приведена схема трехкомпонентных весов, в которых каждый отдельный блок, состоящий из пары скоб, измеряет отдельную составляющую. На остальные составляющие и момент M_z весы не реагируют. Ещё одно преимущество весов - резисторы наклеиваются на скобы, которые равномерно по всей длине растягиваются или сжимаются, давая большой сигнал при минимуме смещения. Минимум неучтённых температурных сигналов достигается тем, что скобы в блоках расположены близко друг к другу, так что температурная волна проходит участок с тонкими перемычками и в значительной степени сглаживается. Не реагируют на температуру в десятки градусов, так называемые, аэродинамические весы, схема которых приведена на рис. 7. Идея весов состоит в том, что прилагаемые к взвешиваемой части модели силы компенсируются давлением в сильфонах небольшой жесткости. Это давление измеряется, и тяга определяется как R=F_sf (p_sfр_). Воздух в сильфонах автоматически поддерживается с помощью жиклера, так что взвешиваемая часть всегда находится в почти нулевом положении. В выполненном варианте через жиклер проходит ~ 0.5% воздуха в исследуемых соплах. Среднее квадратичное отклонение тяги калибровочных сопл составляет ~ 0.4% при температуре, варьируемой в диапазоне Т_с=0300°С и давлении .

Герметизация воздуховодов в узлах ввода воздуха во взвешиваемую часть сопловых моделей является серьёзным источником нестабильности весовых измерений. При использовании, например, классических сильфонов (см. рис. 12) измерение температуры внутреннего или внешнего воздуха приводит к температурным деформациям воздуховодов и, если жёсткость сильфонов не пренебрежимо мала, трудно контролируемый уход нулей весов неизбежен.

Рис. 12.

Удовлетворительные результаты здесь возможны, если использовать пару сильфонов, расположив их симметрично относительно плоскости симметрии весов, либо использовать сильфоны большой длины, имеющих вследствие этого небольшую жёсткость. Хорошо зарекомендовали себя, так называемые, эластичные уплотнения (см. рис.13). Эти уплотнения представляют собой вклеенную в щель между базовой и взвешиваемой частями воздуховода эластичную пленку, достаточно прочную, чтобы выдерживать давление в воздуховоде и не теряющую своих эластичных свойств в исследуемом диапазоне температур.

1. - polyethylene film

2. - clainp rings

Рис. 13.

На стенде СВВ-6 с натурными температурами нашло применение, так называемое, газодинамическое уплотнение (см. рис. 14). Идея состоит в том, что в зазоре между базовой и взвешиваемой частями воздуховода выполняются две канавки, давление в которых поддерживается равным с помощью жиклера, открывающем или перекрывающем проток в канавках магистрального воздуха. В выполненном варианте узла утечки воздуха, определённые по разности давления в канавках и площади зазора, не превосходят 0.2% и практически находятся в пределах точности измерения давления в канавках.

Рис. 14.